KR0152102B1 - 엔진의 흡기장치 - Google Patents

엔진의 흡기장치

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KR0152102B1
KR0152102B1 KR1019930019581A KR930019581A KR0152102B1 KR 0152102 B1 KR0152102 B1 KR 0152102B1 KR 1019930019581 A KR1019930019581 A KR 1019930019581A KR 930019581 A KR930019581 A KR 930019581A KR 0152102 B1 KR0152102 B1 KR 0152102B1
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미쯔오 히토미
준죠 사사키
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와다 요시히토
마쯔다 가부시기가이샤
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Abstract

엔진의 흡기장치는, 기계식과급기(5)와, 흡기밸브(14)를 개재해서 흡기통로(3)와 연통하고 배기밸브(42)를 개재해서 배기가스통로(41)와 연통하는 복수개의 엔진실린더(2)와, 그리고 흡기 및 배기밸브(14,42)사이의 밸브중첩기간(OL 1,OL 2)을 변화시키는 가변밸브타이밍기구(15)를 구비하고 있다. 가변밸브타이밍기구(15)는 소정의 고엔진회전수영역에서는 밸브중첩기간(OL 2)을 넓히고, 소정의 저엔진회전수영역에서는 밸브중첩기간(OL 1)을 좁힌다. 밸브중첩이 클 경우에는, 관성과급효과는, 엔진흡기행정시에 발생된 부압파가 엔진실린더(2)부터 그 상류부분으로 독립흡기통로(13)내를 전파해서, 용적확대부 (21,23)에서 반사한후, 정압파가 되어 엔진실린더(2)로 복귀하도록 발생된다. 한편, 밸브중첩이 작을 경우에, 공명과급효과는, 같은 그루우프에 속하는 엔진실린더는 공명과급효과를 발생시키기 위해 그 흡입순으로 서로 인접하지 않도록 발생된다.

Description

엔진의 흡기장치
제1도는 본 발명에 의한 엔진의 흡기장치를 표시하는 도면.
제2도는 본 발명에 의한 흡기 및 배기밸브의 밸브리프트 커어브(즉, 밸브개폐타이밍)를 표시하는 도면.
제3도는 가변밸브타이밍기구를 제어하는 제어유닛에 사용된 제어맵을 표시하는 그래프.
제4도는 동적과급효과를 발생시키는 여러 가지밸브의 제어특성을 표시하는 그래프.
제5도는 공명과급효과에 의해 발생된 압력파를 표시하는 도면.
제6a도는 배기행정으로 부터 흡기행정에의 과도기에 공명과급효과에의해 발생된 압력파를 표시하는 도면.
제6b도는 배기행정으로부터 흡기행정에의 과도기에 관성과급효과에 의해 발생된 압력파를 표시하는 도면.
제7도는 엔진실린더와 그 주변요소를 표시하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔진 2 : 실린더
3 : 흡기통로 5 : 기계식과급기
11 : 제1흡기통로 12 : 제2흡기통로
13 : 독립흡기통로 15 : 가변밸브타이밍기구
21,23 : 연통로 22,24 : 개폐밸브
30 : 제어유닛
본 발명은, 흡기 및 배기밸브사이의 밸브타이밍이 엔진회전수에 따라 변경되는 엔진의 흡기장치에 관한 것이다.
흡기 및 배기밸브사이의 밸브타이밍을 변경할 수 있는 가변밸브타이밍기구가 장착된 여러 가지 엔진의 흡기장치가 종래 제안되어 있다. 흡기 및 배기밸브 사이의 상호관계는 통상 밸브중첩으로 규정 또는 표시된다. 밸브중첩은 일반적으로 흡기 및 배기밸브가 동시에 개방되는 소정의 크랭크각으로 규정된다. 배기행정으로부터 흡기행정으로의 엔진과도기에 있어서, 배기밸브는 통상 흡기밸브가 개방되게 됨과 동시에 폐쇄되게 된다. 이 과도기에 있어서, 흡기 및 배기밸브 모두는 소정의 크랭크각에서 동시에 개방되게 된다. 이 기간을 밸브중첩이라한다.
밸브중첩은 일반적으로 엔진작동상태에 따라 소기효율, 충전효율, 연소안정성 등의 여러 가지 엔진성능을 최적화하도록 크게 또는 작게 조정된다.
예를들면, 일본국 특허공개공보 제2-119641호에 기재된 과급기를 장착한 엔진에 있어서, 대표적인 가변밸브타이밍기구가 기재되어 있다. 더 상세하게는, 밸브중첩은 보통 고엔진부하상태에서 넓어지므로, 잔류배기가스는 이 비교적 긴 중첩기간 동안에 과급된 흡기의 고압에 의하여 충분히 배출될 수 있도록 되어 있다. 한편, 저 엔진부하상태에서는 밸브중첩은 좁혀지므로, 연소의 안정성이 확보되게된다.
엔진회전수의 증가에 따라 밸브중첩을 넓히는 것은 소기성능을 더 정밀하게 최적화하는데 유효하다는 것도 공지되어 있다.
한편, 흡기충전량을 증가하는 수단으로서, 관성 또는 공명효과를 이용하는 동적과급시스템이 종래 알려져 있다. 이 동적과급시스템은 기본적으로 엔진회전수에 따라 흡기통로의 유효길이를 변경해서, 넓은 엔진회전수범위에서 동적과급효과를 발생하도록 되어 있다. 이러한 동적과급시스템이 기계식과급기가 장착된 엔진에 결합되면, 기계식과급기의 부하는 상당히 감소되며, 따라서 전체의 엔진토오크가 크게 상승될 것이다. 이 동적과급시스템이 정상흡인엔진에 결합되면, 엔진토오크는 또한 상승될 것임은 말할 것도 없다.
이러한 종류의 동적과급시스템은 기본적으로 흡기통로내에 전파하는 압력파를 이용한다. 더 상세하게는, 흡기충전량을 증가시키기 위해서, 흡기행정의 종단부에서 엔진실린더에 높은 정압력파를 공급하는 것이 중요하다. 다시말하면, 종래의 동적과급시스템은 주로 흡기행정의 최종단계에서 얼마나 높은 정압이 발생하는 지에 주의를 기울였다.
그러나, 본 출원의 발명자는, 이와 같은 동적과급시스템이 가변밸브타이밍기구와 결합된다면 밸브중첩기간동안의 압력상태가 엔진성능에 큰 영향을 준다는 것을 발견하였다.
관성과급장치의 경우에, 엔진의 흡기행정시에 엔진피스톤의 흡인동작에 기인해서 부압파가 발생한다. 이 부압파는 흡기통로내에서 엔진실린더로부터 그 상류부로 전파한다. 그후, 이 부압파는 흡기통로의 개방단부(즉, 용적확대부)에서 반사된다. 이 반사파는 정압파가 되어 엔진실린더로 복귀한다. 즉, 정압파는 흡기행정의 종료단계에서 엔진실린더에 최종적으로 공급된다.
이 관성과급작용을 통한 압력상태에 관하여는, 이 중첩기간후에 엔진피스톤의 흡인동작에 의하여 부압파가 곧 발생하더라도, 흡인행정의 바로 초기에는 거의 큰 변화가 발생하지 않기 때문에, 밸브중첩기간동안에는 매우 작은 압력변동만이 생긴다.
이에 대하여, 공명과급장치의 경우에는, 복수개의 엔진실린더가 2개의 그루우프로 분할되므로, 같은 그루우프에 속하는 엔진실린더는 그 흡기행정순으로 서로 인접하고 있지 않다. 이 장치에 의해, 같은 그루우프에 속하는 실린더는 같은 그루우프의 각 실린더의 주기적으로 반복되는 흡기동작에 기인해서 흡기통로내에 안정적인 압력진동을 발생시키는 데 협동하고 있다. 이 경우에, 비교적 큰 정압력은, 흡기통로내에 안정적으로 잔류하는 공명파 때문에 각 실린더의 밸브중첩기간과 만나게 된다. 따라서, 흡기압력상태는 관성 및 공명과급상태간에 아주 대조적이다.
따라서, 밸브중첩기간의 길이와 밸브중첩기간동안의 흡기압력상태의 양자를 처리하는 것이 엔진의 성능을 더욱 개선하는데 있어 키이포인트가 될 것이다.
본 발명은, 상기 문제점들을 감안해서, 동적과급효과를 유효하게 이용함은 물론 엔진회전수에 따라서 밸브중첩을 변경시킴으로써, 엔진의 소기성능을 개선하고 엔진출력토오크를 증가시키는 엔진의 흡기장치를 제공하는데에 목적이 있다.
따라서, 본 발명에 의한 엔진의 흡기장치는, 흡기밸브를 개재해서 흡기통로와, 배기밸브를 개재해서 배기통로와 연통하는 복수개의 엔진실린더와, 엔진회전수에 따라 흡기 및 배기밸브간의 밸브중첩기간을 변경하는 가변밸브타이밍수단과, 엔진흡기행정시에 발생된 부압파가 흡기통로내에서 엔진실린더로부터 그 상류부로 전파해서, 흡기통로의 용적확대부에서 반사된 후, 정압파가 되어 엔진실리니더로 복귀하게 되어 있는 관성과급장치와, 엔진실린더가 2개의 그루우프로 분할되어, 같은 그루우프에 속하는 엔진실린더가 그 흡기행정순으로 서로 인접되어 있지 않는 공명과급장치와, 가변밸브타이밍수단이 밸브중첩기간을 넓힐 경우에 관성과급장치를 비교적 저엔진회전수영역에서 관성과급효과를 발생시키도록 하며, 가변밸브타이밍수단이 밸브중첩기간을 좁힐 경우에 공명과급장치를 발생시키도록 하는 제어수단을 구비하고 있다.
이와 같은 본 발명의 장치에 의하여, 밸브중첩기간이 엔진회전수에 따라서 변경될 뿐만아니라 흡기충전량이 동적과급효과에 의하여 증가되기도 한다. 특히, 공명과급효과를 밸브중첩이 작은 영역에 이용되어, 흡기압을 증가시키게 된다. 따라서, 밸브중첩기간이 작더라도, 소기성능은 적절히 유지된다.
한편, 관성과급효과를 밸브중첩기간이 넓어진 소정의 엔진회전수영역내의 비교적 저속영역에 이용함으로써, 흡기압이 과도하게 증가하는 것을 방지해서, 신기 및 연료의 혼합가스가 엔진실린더를 직접 통과하지 않도록 해서 흡기충전량이 증가 할 수 있도록 한다.
더 상세하게는, 가변밸브타이밍수단이 소정의 고엔진회전수 영역에서는 밸브중첩기간을 넓히는 한편, 소정의 저엔진회전수영역에서는 밸브중첩기간을 좁힌다.
또한, 이 엔진의 흡기장치에는 기계식과급기를 설치할 수도 있다.
또한, 가변밸브타이밍수단은 실린더의 유료압축비를 줄이기 위하여 흡기밸브의 폐쇄타이밍을 소정시간만큼 지연시키는 것이 바람직하다.
또한, 가변밸브타이밍수단이 흡기밸브의 밸브리프트커어브의 위상을 변경해서, 흡기밸브의 폐쇄타이밍을 소정시간 만큼 지연시켜서 소정의 저엔진회전수영역에서 작은 밸브중첩기간을 실현하는 것이 바람직하다.
또한, 가변밸브타이밍수단이 밸브중첩기간을 넓힐 경우에 제어수단이 관성과급장치를 비교적 고엔진회전수영역에서 관성과급효과를 발생시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 관성과급장치는, 제1그루우프의 실린더와 연통하는 제1흡기통로와 제2그루우프의 실린더와 연통하는 제2흡기통로와 연통하는 연통로와, 같은 그루우프에 속하는 상기 실린더는 그 흡기행정순으로 서로 인접하고 있지 않으며, 연통로를 개폐하는 밸브를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 특장은 첨부도면과 관련된 다음의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조해서 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 내연기관의 과급장치를 표시한다. 제7도는 엔진실린더 및 그 주변을 표시한다. 도면에 있어서, (1)은 복수개의 기통 (2)을 구비한 엔진을 표시한다. 더 상세하게는, 엔진(1)은 V형 8기통엔진을 형성하는 한쌍의 뱅크(1a) 및 (1b)를 구비하고 있다. 즉, 각 뱅크(1a) 및 (1b)는 3개의 실린더 (2),(2), 및 (2)로 이루어져 있다.
흡기통로(3)는, 엔진(1)의 실린더(2),(2), . . . , (2)에 공기를 공급하기 위하여 엔진(1)에 접속되어 있다. 흡기통로(3)의 중간부에는 기계식과급기(5)가 설치되어 있다. 이 기계식과급기(5)는 멜트 (6) 등의 적당한 전달기구에 의해 엔진의 출력축(40)에 연결되어 있어, 엔진회전수에 비례해서 회전하게 되어있다.
기계식과급기(5)의 상류에는 에어클리너(7), 에어플로우미터(8), 및 드로틀밸브(9)가 설치되어있다. 에어클리너(7)를 통과한 후의 흡기는 에어플로우미터(8)에 들어가서, 흡기의 공기유량이 측정된다. 드로틀밸브(9)는 적당한 링크를 개재해서 가속페달에 접속되어, 운전자의 가속요구로서의 가속페달의 답입량을 직접 전달하게 된다. 즉, 드로틀밸브(9)는 실린더(2)에 공급되는 전흡기량을 조정한다. 기계식과급기(5)의 하류에는 인터쿨러(10)가 설치되어 있으며, 이 인터쿨러(10)는 기계식과급기(5)로부터 공급된 과급기를 냉각한다.
인터쿨러(10)의 하류의 흡기통로(3)는 제1흡기통로(11) 및 제2흡기통로(12)로 분기된다. 제1흡기통로(11)는 또한 그 하류의 3개의 독립흡기통로 (13),(13) 및 (13)으로 분리된다. 이들 흡기통로 (13),(13), 및 (13)는 각각 뱅크 (1a)의 대응하는 실린더(2),(2), 및 (2)와 연통되어 있다. 마찬가지로, 제2흡기통로(12)는 그 하류의 다른 3개의 독립흡기통로 (13),(13), 및 (13)으로 분리된다. 이들 다른 흡기통로(13),(13) 및 (13)는 각각 다른 뱅크(1b)의 대응하는 실린더(2),(2), 및 (2)와 연통되어 있다. 더 상세하게는, 각 독립흡기통로(13),(13), ..., (13)는 2개의 흡기밸브(14) 및 (14)를 개재해서 대응하는 실린더(2)와 연통되어 있다. 엔진배기통로(41)는 또한 배기밸브(42)를 개재해서 실리더(2)와 연통되어 있다. 배기밸브(42)는 결합된 캠(43)에 의해서 개폐된다.
각 흡기밸브(14)의 개폐타이밍을 변경하기 위해서 적당한 밸브구동수단이 설치되어 있다. 이 밸브구동수단은 한쌍의 가변밸브타이밍기구(15) 및 (15)를 구비하고 있다. 각 가변밸브타이밍기구(15)는, 각 흡기밸브(14)의 캠(16)의 위상을 바꿈으로써 밸브개폐타이밍을 변경하도록 작동된다. 다시말하면, 이 가변밸브타이밍기구(15)는 흡기밸브(14)의 밸브리프트커어브의 위상을 바꾼다. 밸브리프트커어브는 일반적으로 밸브시이트 (44)로부터의 흡기밸브틈새 대 크랭크각과의 관계로서 형성된다.
흡기밸브의 밸브리프트커브를 바꾸는 것은, 흡기밸브자체의 밸브개폐타이밍을 변경시키는데 뿐만아니라 흡기 및 배기밸브(14) 및 (42)의 사이의 밸브중첩을 변경시키는 데에도 통상유효하다. 본 실시예에 있어서, 배기밸브(42)는 정지상태에있는 한편, 흡기밸브(14)는 가변밸브타이밍기구 (15)에 의해 그밸브개폐타이밍이 변경가능하다. 이 경우에, 흡기밸브개폐타이밍이 지연되면 지연될수록 중첩은 더 작아진다. 이 상태를 본 실시예에서 이하제1밸브타이밍이라 한다. 이에 반하여, 흡기 및 배기밸브(14) 및 (42)사이의 밸브중첩은, 흡기밸브개폐타이밍이 전진함에 따라서 커진다. 이 상태를 본 실시예에 이하 제2밸브타이밍이라 한다. 즉, 이 가변밸브타이밍기구(15)는 상기 규정된 제1 및 제2밸브타이밍 사이의 흡기밸브(14)의 밸브타이밍을 전환하는 수단으로서 작용한다.
가변밸브타이밍기구에는 여러 가지 형식이 있다. 본 발명은 가변밸브타이밍기구(15)를 특정형식으로 한정하려고 하는 것은 아니지만, 본 실시예의 가변밸브타이밍기구(15)는, 결합된 흡기밸브(14),..., (14)를 작동하는 복수개의 캠(16),(16), ..., (16)을 형성하는 캠축(16')과, 엔진출력축(40)과 함께 일체적으로 회전하는 캠풀리(17)와, 그리고 캠축(16')과 캠풀리(17)사이에 배치되어 헬리컬기어 등을 개재해서 그들을 연결하는 위상변경부재(18)를 구비하고 있다. 제어신호에 따라서, 위상변경부재(18)는 캠풀리(17)와 캠축(16')사이의 상호위상을 변경하도록 작동한다.
흡기통로(3)는, 소정의 저엔진회전수영역에서는 공명과급효과를, 소정의 고엔진회전수영역에서는 관성과급효과를 발생하도록 구성된다.
제1 및 제2흡기통로(11) 및 (12)는 공명과급장치를 형성한다. 또한, 공명효과를 가져오기 위하여, V형 엔진의 같은 뱅크에 속한 실린더(2),(2), 및 (2)는 그 흡기행정에 있어서 서로 인접하고 있지는 않다. 즉, 제1흡기통로(11)는 독립흡기통로(13),(13), 및 (13)을 개재해서 흡기행정이 서로 인접하지 않는 한 그루우프의 실린더(2),(2), 및 (2)에 접속되어 있다. 제2흡기통로(12)는, 다른 독립흡기통로(13),(13), 및 (13)를 개재해서 흡기행정이 서로 인접하지 않는 다른 그루우프의 실린더(2),(2), 및 (2)에 접속되어 있다.
또한, 제1 및 제2흡기통로(11) 및 (12)의 하류단부를 접속하는 제1연통로(21)가 설치되어있다. 밸브 (22)는 이 연통로 (21)를 개폐하도록 설치되어 있다. 또한, 제1 및 제2흡기통로(11) 및 (12)의 하류에는 한쌍의 제2연통로 (23) 및 (23)가 설치되어 있다. 제2연통로 (23)는 같은 뱅크의 3개 독립흡기통로 (13),(13), 및 (13)를 접속한다. 제2연통로 (23)내에는 3개의 밸브 (24),(24), 및 (24)가 설치되어 있다. 이들 밸브(24),(24), 및 (24)는, 각 독립흡기통로 (13),(13), 및 (13)에 대하여 제2연통로 (23)를 개폐하도록 작동기 (25)에 의해 일체적으로 제어된다.
각 실린더 (2), ..., (2)로부터 독립흡기통로 (13), ..., (13)를 개재해서 제1 및 제2흡기통로 (11) 및 (12)에 이르는 흡기통로부는 공명과급장치를 형성한다. 따라서, 공명효과는, 상기 형성된 공급과급장치의 공명주파수가 각 실린더 (2), ..., (2)의 흡기동작에 의해 발생된 압력전파와 동조하는 회전수에서 나타난다.
더 상세하게는, 각 실린더 (2), ..., (2)로부터 제1 및 제2흡기통로 (11),(12)의 분기점까지의 유효통로길이가 비교적길게 되기 때문에, 공명과급장치는 비교적 저속축에서 공명효과를 발생한다.
제1연통로 (21)의 밸브 (22)가 개방되면, 이 제1연통로 (21)는 용적확대부로서 작용을 한다. 따라서, 각 실린더(2), ..., (2)로부터 독립흡기통로 (13), ..., (13)를 개재해서 제1연통로 (21)에 이르는 흡기통로부는 관성과급장치를 형성한다.
더 상세하게는, 엔진흡기행정시에 엔진피스톤 (45)의 흡인동작에 따라서 부압파가 발생한다. 이 부압파는 엔진실린더 (2)로부터 독립흡기통로 (13)를 개재해서 제1연통로 까지 (즉, 흡기통로의 용적상으로 확대된 부분)흡기통로 (3)내를 전파한다. 이어서, 이 제1연통로 (21)에서 반사된 부압파는 정압파가 되어 엔진실린더(2)에 복귀한다. 따라서, 관성과급장치는 비교적 고속측에서 관성효과를 발생한다.
더욱이, 제2연통로 (23)의 밸브 (24),(24), 및 (24)가 개방되면, 이 제2연통로 (23)는 용적확대부로서의 작용을 한다. 따라서, 각 실린더 (2), ..., (2)로부터 독립흡기통로 (13), ..., (13)를 개재해서 제2연통로 (23)에 이르는 흡기통로부는 이 경우에 관성과급장치를 형성한다.
더 상세하게는, 엔진흡기행정시에 발생한 부압파는 엔진실린더 (2)로부터 독립흡기통로 (13)를 개재해서 제2연통로 (23)까지 전파한다. 이어서, 이 제2연통로 (23)에 반사된 부압파는 정압파가 되어서 엔진실린더(2)에 복귀한다. 따라서, 이 새로이 형성된 관성과급장치는 그의 짧은 유효길이 때문에 더고속측영역에서 관성효과를 발생한다.
각 독립흡기통로 (13)에는 대응하는 엔진실린더(2)에 연료를 공급하는 분사기(29)가 설치되어있다.
(30)은, 동적과급효과발생의 제어는 물론 밸브타이밍제어를 포함하는 여러 가지 제어를 행하는 제어유닛(ECU)을 표시한다. 통상 마이크로컴퓨터로 구성되는 제어유닛(30)은, 엔진회전수를 검출하는 회전수센서(31)와, 드로틀밸브(9)의 개방도를 검출하는 드로틀밸브 개방도 센서(32) 및 기타로 부터 신호를 받는다. 제어유닛(30)은 상기 센서(31),(32), ...로 부터 얻어지는 신호에 따라서 가변밸브타이밍기구(15)에 공급되는 밸브타이밍제어신호를 발생한다. 또한, 제어유닛(30)은 제1연통로 (21)내의 밸브 (22)와 제2연통로 (23)내의 밸브 (24), ..., (24)의 작동기 (25)에 공급되는 다른 제어신호를 발생한다.
제2도는 흡기밸브 (14) 및 배기밸브 (42)의 밸브 개폐타이밍을 표시한다. 제3도는 가변밸브타이밍기구 (15)를 제어하는 제어유닛(30)에 사용되는 제어맵을 표시한다. 제2도의 3개의 커어브는 흡배기밸브의 밸브리프트커어브 대 크랭크 각의 관계를 개략적으로 표시한다. 제2도에서, 밸브리프트커어브 (EVT)는 정지상태의 배기밸브개폐타이밍을 표시한다. 2개의 밸브리프트커어브 (IVT 1) 및 (IVT 2)는 가변밸브타이밍기구 (15)에 의해 선택할 수 있는 흡기밸브개폐타이밍을 표시한다. 즉, 배기밸브 (42)의 밸브리프트커어브 (즉, 밸브개폐타이밍)는 항상 밸브리프트커어브 (EVT)로서 고정되어 있다. 한편, 흡기밸브 (14)의 밸브리프트커어브 (즉, 밸브개폐타이밍)는 밸브리프트커어브 (IVT 1)와 (IVT 2)사이에서 전환가능하다. 가변밸브타이밍기구 (15)는 이들 밸브리프트커어브 (IVT 1) 및 (IVT 2)의 어느 하나를 선택하기 위해서 작동한다.
밸브리프트커어브 (IVT 1)는, 흡기밸브 (14)가 비교적 지연된 크랭크 각(1C1)에서 폐쇄되고 흡기 및 배기밸브 (14),(42)사이의 밸브중첩(OL 1)이 비교적 작다는 점에서 구별된다. 이에 대하여, 밸브커어브 (IVT 2)는, 흡기밸브 (14)가 비교적 전진된 크랭크 각(1C 2)에서 폐쇄되고 흡기 및 배기밸브 (14),(42)사이의 밸브중첩 (OL 2)이 비교적 크다는 점에서 구별된다.
도면에 있어서, 지점(TDC)는 행정의 상단 또는 외단에 있을 때의 엔진피스톤 (45)과 그 크랭크아암(4)의 상사점을 표시한다. 지점(BDC)는 행정의 하단 또는 내단에 있을 때의 엔진피스톤 (45)과 그 크랭크 아암(46)의 하사점을 표시한다. 따라서, 밸브폐쇄타이밍(1C 1) 및 (1C 2)의 어느 경우에도, 흡기밸브 (14)는 BDC후의 일정한 크랭크 각에서 폐쇄된다. 또한, 밸브중첩 (OL 1) 및 (OL 2)의 어느 경우에도, 흡기 및 배기밸브 (14),(42)사이의 중첩량은 일정한 정의 값을 갖는다.
즉, 가변밸브타이밍기구 (15)는 흡기밸브 (14)의 밸브리프트커어브의 위상을 변경해서, 상기 설명에서 이미 규정된 제1 및 제2밸브타이밍을 나타낸다. 밸브리프트커어브 (IVT 1)는, 흡기밸브 (14)의 지연된 밸브폐쇄타이밍 (1C 1)으로 특징지워지는 제1밸브타이밍과 흡기 및 배기밸브(14),(42)사이의 작은 중첩(OL 1)을 나타낸다. 이 제1밸브타이밍의 경우에, 흡기밸브폐쇄타이밍(IC 1)은 BDC로부터 상당히 지연되므로, 실린더(2)의 유료압축비는 실린더(2)의 팽창비에 비해 작아진다. 이것은, 펌핑토스가 흡기행정에서 감소되고 배기가스온도가 팽창 행정에서 양호하게 냉각된다는 점에서 유리하다. 유효압축비는 일반적으로 TDC에서의 실린더용적 대 흡기밸브폐쇄타이밍에서의 실린더용적의 비로서 규정된다. 한편, 팽창비는 일반적으로 TDC에서의 실린더용적 대 배기밸브개방타이밍에서의 실린더용적의 비로서 규정된다.
제2밸브타이밍의 경우에, 흡기 및 배기밸브 (14),(42)사이의 중첩 (OL 2)은 상당히 크다. 이것은 배기가스가 이 긴 중첩기간(OL 2)중에 연소실에 도입된 고압의 과급공기에 의해 연소실로부터 만족스럽게 배기되도록 한다. 이것은, 흡기가 잔류배기가스에 의해 역으로 가열되는 것을 방지하는 데에도 바람직하다. 엔진기술의 분야에서 공지되어 있는 바와 같이, 흡기의 온도를 증가시키는 것은 통상 계속되는 압축 행정에서 노킹을 일으킨다.
본 실시예의 엔진에 채택되는 소정치는 다음과같다. 배기밸브의 개방타이밍은 BBDC 50℃A로 설정되며, 여기서 BBDC(before bottom dead center)는 하사점전을 의미한다. 배기밸브의 폐쇄타이밍은 ATDC 10℃A로 설정되며, 여기서 ATDC(after top dead center)는 상사점후를 의미한다. 제1밸브타이밍 (IVT 1)에 의하면, 흡기밸브(14)의 개방타이밍은 BTDC4℃A로 설정되며, 여기서 BTDC(before top dead center)는 상사점후를 의미한다. 흡기밸브(14)의 폐쇄타이밍은 ABDC 66℃A로 설정되며, 여기서 ABDC(after bottom dead center)는 하사점후를 의미한다. 제2밸브타이밍(IVT 2)에 의하면, 흡기밸브(14)의 개방타이밍은 BTDC 34°CA로 설정되고 흡기밸브(14)의 폐쇄타이밍은 ABDC36°CA로 설정된다. 따라서, 제1밸브타이밍에 의한 중첩(OL 1)은 14°CA가 되고 제2밸브타이밍에 의한 중첩 (OL 2)은 44°CA가 된다.
제3도에 도시한 바와 같이, 제어유닛(30)은 엔진작동상태에 따른 가변밸브타이밍기구(15)의 바람직한 밸브타이밍을 지정한다. 제1밸브타이밍(IVT 1), 즉 좁은 밸브중첩은 소정의 저엔진회전수영역에 설정된다. 한편, 제2밸브타이밍(IVT 2), 즉 넓은 밸브중첩은 소정의 고엔진회전수영역에 설정된다.
제4도는 동적과급효과를 발생하는 이미 설명한 밸브(22) 및 (24)의 제어특성을 표시한다. 제4도에서는 예상되는 출력토오크가 함께표시되어있다.
제어유닛(30)은 기본적으로 제어영역을 회전수에 따라 여러(예를들면, 3개)영역으로 분할하며, 이들 영역을 A, B1 및 B2엔진회전수영역으로 구분한다. 엔진회전수영역A는 최저엔진회전수영역이다. 이 엔진회전수영역A에서는, 밸브중첩은 제1밸브타이밍IVT 1, 즉 좁은 중첩에 할당된다. 엔진회전수영역A에서는, 모든 밸브 (22) 와 (24), ..., (24)는 폐쇄된다. 따라서, 공명과급효과가 얻어진다. 피이크토오크는, 제1 및 제2흡기통로(11),(12)와 독립흡기통로 (13), ..., (13)의 유효길이에 의해 형성된 공명과급장치의 일정한 공명주파수에서 얻어진다. 엔진회전수영역 B1 및 B2는 중간 및 고엔진회전수영역이다. 이들 엔진회전수영역 B1 및 B2에 있어서, 밸브중첩은 제2밸브타이밍 (IVT 2), 즉 넓은 중첩에 할당된다. 엔진회전수영역B1에 있어서, 제1연통로 (21)의 밸브 (22)는 개방된다. 엔진회전수영역B2에 있어서, 제2연통로(23)의 밸브 (24), ..., (24)는 개방된다. 각 엔진회전수영역B1 및 B2에 있어서, 피이크토오크는, 밸브(22) 및 (24), ..., (24)의 개폐의 변동에 의해서 형성된 관성과급흡기계의 일정한 특유의 주파수에서 얻어진다.
본 발명의 장치에 의하면, 제1밸브타이밍(IVT 1)은 저엔진회전수영역에서 선택된다. 따라서, 흡기 및 배기밸브사이의 밸브중첩은 작게되며 흡기밸브는 늦게 폐쇄된다. 중첩을 줄이는 것은, 신기(新氣)와 연료의 혼합가스가 연소하지 않고 연소실을 통과하는 것을 방지한다. 이것은, 저회전수영역에 있어서의 연료소비 및 방출의 개선을 가져온다.
일반적으로, 작은 중첩은 나쁜 소기(掃氣)효율에 기인해서 노킹을 일으키기쉽다. 그러나, 흡기밸브의 밸브폐쇄타이밍(IC 1)이 본질적으로 제1밸브타이밍(IVT 1)에 따라 지연되기 때문에, 이러한 문제점은 유효압축비의 감소에 의해 자동적으로 해소된다. 한편, 유효압축비의 감소는 공명과급에 의해 보상되어, 공기연료혼합가스를 만족스럽게 압축하게 된다. 공기의 온도가 기계식과급기(5)에서의 압축을 통해서 어느 정도 증가하더라도, 그 하류에 배치된 인터쿨러(10)는 가열공기를 냉각한다. 따라서, 공기연료혼합가스의 온도증가를 적당하게 억제할 수 있어, 압축행정시에 노킹을 일으키지 않게 된다.
한편, 제2밸브타이밍(IVT 2)이 고엔진회전수영역에서 선택된다. 따라서, 흡기 및 배기밸브사이의 중첩은 커진다. 기계식과급기(5)가 작동중인 상태에 있어서, 흡기압은 일반적으로 배기압보다 높다. 중첩이 길면길수록, 잔류배기가스는 연소실로 부터 더 많이 배출된다. 고온의 배기가스가 연소실로부터 만족스럽게 제거되기 때문에, 이러한 배기가스의 배출의 촉진은 연소실을 냉각하는데 유효하다. 또한, 흡기는, 고온배기가스와 흡기사이의 열교환을 통해 가열되는 것이 방지된다. 그 결과, 압축행정에서의 노킹이 효과적으로 방지된다.
또한, 흡기의 충전량이 잔류배기가스가 감소됨에 따라서 증가된다. 또한, 흡기밸브의 폐쇄타이밍의 전진은 용적효율을 증가시키는 데 유리하다.
이와같이, 본 발명은, 저엔진회전수영역A에서 공명과급효과를, 고엔진회전수영역B1, B2에서 관성과급효과를 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 이들 동적과급효과는 넓은 엔진회전수영역에서 기계식과급기(5)를 보조해서, 노킹의 발생없이 흡기충전량을 증가시키게 될 것이다.
벨브중첩이 좁아진 저엔진회전수영역A에서는 공명과급효과가 이용된다. 한편, 밸브중첩이 넓어진 고엔진회전수영역B(B1 + B2)에서는 관성과급효과가 이용된다. 이 장치는 소기성능을 적질히 조정할 수 있게 한다. 또한, 흡기통로를 콤팩트하게 형성할 수 있다.
즉, 밸브 (22) 및 (24)가 모두 폐쇄된 상태에서는, 흡기통로(3)내에 공명과급장치가 구성된다. 공명과급장치에 있어서, 제5도에 도시한 바와 같이 흡기통로(3)내에 압력파가 고정적으로 형성된다. 제5도의 정현파의 이 압력파가 다음과 같이 발생된다.
같은 그루우프에 속하는 실린더, 즉 뱅크 (1a)의 실린더(2),(2),(2) 또는 다른 뱅크(1b)의 실린더(2),(2),(2)는, 각 실린더(2),(2),(2)의 주기적으로 반복되는 흡기동작에 기인해서 흡기통로(3)내에 안정적인 압력진동을 일으키는데 협동하고 있다.
이 경우에, 흡기통로(3)내에 안정적으로 잔류하는 공명파 때문에 각 실린더의 밸브중첩기간동안에 비교적 큰 정압력이 발생된다.
제64도에 확대해서 표시한 바와 같이, 흡기압은 흡기밸브폐쇄타이밍은 물론 밸브중첩기간에서도 높아진다.
본 발명에 의하면, 공명과급장치가 작용할 때 밸브중첩은 좁아진다. 그러므로 본 발명은, 중첩기간을 좁힘으로써 연소실에 도입된 과급공기량을 적절하게 조정한다. 따라서, 본 발명은, 신기와 연료의 혼합가스가 연소하지 않고 연소실을 통과하는 것을 방지하면서, 저엔진회전수영역에서 소기성능을 적절히 증가시킬 수 있다.
저엔진회전수영역에서 관성과급효과가 요구된다면, 독립흡기통로(13)는 연장되어야만 한다. 따라서, 흡기통로의 구조를 콤팩트하게 하는 것이 불가능해질 것이다. 그러나, 본 발명이 저엔진회전수영역에서 필요로하는 흡기시스템은 공명과급장치이며, 이것은 분기된 제1 및 제2흡기통로 (11) 및 (12)의 길이를 조정함으로써 실현할 수 있다. 그러므로, 독립흡기통로 (13), ..., (13)를 짧게 할 수 있다. 따라서, 콤팩트한 흡기시스템을 실현할 수 있다.
한편, 밸브(22)가 연통로 (21)에서 개방되는 엔진회전수영역 B1에는 관성과급장치가 구성된다. 이 경우에, 흡기행정의 바로 초기에는 부압이 거의 발생하지 않기 때문에, 각 실린더의 밸브중첩기간동안에는 비교적 적은 정압이 발생한다. 부압은, 제6b도에 도시한 바와 같이 이 중첩기간후에 엔진피스톤의 흡인동작에 의해 곧 발생한다.
본 발명은 비교적 높은 엔진회전수영역B의 저흡기압을 감안해 중첩기간을 넓혀서, 소정의 고엔진회전수영역에서의 소기성능을 적절히 증가시키는 한편, 신기와 연료의 혼합가스가 연소하지 않고 연소실을 통과하는 것을 방지하게 되어 있다.
상술한 실시예는 기계식과급기(5)를 장착한 엔진에 의거하였지만, 본 발명을 터어보과급기 또는 정상흡인엔진을 장착한 엔진과 같은 다른 형식의 엔진에 적용할 수도 있음은 물론이다.
또한, 흡기밸브(14)대신에 배기밸브(42)의 밸브타이밍을 변화시키기 위하여 가변밸브타이밍기구(15)로 구성하는 것도 바람직할 것이다.
본 발명을 그 주요특징의 정신으로부터 벗어남이 없이 여러 가지 형태로 실시할 수 있으므로, 본 실시예는 예시적인 것이고, 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위는 앞서의 설명보다는 첨부한 특허청구의 범위에 의해 한정된다. 특허청구의 범위 및 요구조건내에 드는 모든 변화는 특허청구의 범위내에 포함되어야 한다.

Claims (6)

  1. 흡기밸브(14)를 개재해서 흡기통로(13)와, 배기밸브(42)를 개재해서 배기통로(41)와 연통하는 복수개의 엔진실린더(2)와; 상기 흡기 빛 배기밸브(14,42)사이의 밸브중첩기간(OL1,OL2)을 엔진회전수의 함수로서 조정하는 가변밸브타이밍수단(15)과; 엔진실린더(2)가 2개의 그루우프(1a,1b)로 분할되어, 같은 그루우프(1a,1b)에 속하는 엔진실린더(2)는 그 흡기행정순에 대해서 서로 인접하지 않도록 되어 있는 공명과급장치(3,11,12,13)와; 엔진흡기행정시에 발생된 부압파가 엔진실린더(2)로부터 그 상류부분으로 흡기통로(3)내를 전파해서, 흡기통로(13)의 용적확대부(21,23)에 반사된 후, 정압파가 되어 엔진실린더(2)로 복귀하게 되어 있는 관성과급장치(3,11,12,13,21 ; 3,11,12,13,23)와; 가변밸브타이밍수단(15)을 개재해서 소정의 저엔진회전수영역(A)내에서 공명과급장치(3,11,12,13)의 동작시에 밸브중첩기간(OL1)을 조정하는 제어수단(30)을 구비하는 엔진의 흡기장치에 있어서; 상기 제어수단(30)은 관성과급장치(3,11,12,13,21)의 동작시에 소정의 고엔진회전수영역(B)의 비교적 저엔진회전수영역(B1)내에 제2의 긴밸브중첩기간(OL2)을 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단(30)은 관성과급장치(3,11,12,13,23)의 동작시에 소정의 고엔진회전수영역(B)의 비교적 고엔진회전수영역(B2)내의 제2의 긴밸브중첩기간(OL2)을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기장치.
  3. 제1항에 있어서, 기계식 과급기(5)를 부가적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가변밸브타이밍수단(15)은 실린더(2)의 유효압축비를 감소시키기 위하여 흡기밸브의 폐쇄타이밍(IC1,IC2)을 소정시간(IC2-IC1)만큼 지연시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가변밸브타이밍수단(15)은 흡기밸브(14)의 폐쇄타이밍(IC1,IC2)을 상기 소정시간(IC2-IC1)만큼 지연시켜서 상기 소정의 저엔진회전수영역(A)에서 제1의 짧은 밸브중첩기간(OL1)을 실현하기 위하여 상기 흡기밸브(14)의 밸브리프트커브(IVT1,IVT2)의 위상을 변경하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1그루우프(1a)의 실린더(2)와 연통하는 제1흡기통로(11)와 제2그루우프(16)의 실린더(2)와 연통하는 제2흡기통로(12)를 포함하고, 같은 그루우프에 속하는 실린더(2)는 그 흡기행정에 있어서 서로 인접하지 않으며, 상기 관성과급장치(3,11,12,13,21 ; 3,11,12,13,23)는 제1 및 제2흡기통로(11,12)를 연결하는 연통로(21;23)와 이 연통로(21;23)를 개폐하는 밸브(22;24)를 가진 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기장치.
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